[논문]연령와 이중과제 수행이 자세제어에 미치는 영향

신성훈; 장대근; 장재근; 박승훈

doi:10.5103/kjsb.2013.23.2.169

연령와 이중과제 수행이 자세제어에 미치는 영향
The Effect of Age and Dual Task to Human Postural Control 원문보기

한국운동역학회지 = Korean journal of sport biomechanics, v.23 no.2, 2013년, pp.169 - 177

신성훈 (경희대학교 전자정보대학 생체의공학과) , 장대근 (한국과학기술원 전기및전자공학과) , 장재근 (경희대학교 전자정보대학 생체의공학과) , 박승훈 (경희대학교 전자정보대학 생체의공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

The purpose of this study is to investigate the effect of aging and dual tasking to the postural control during quiet standing. It was hypothesized that the center of pressure (COP) dynamics would be differently affected by aging and characteristics of the task. Total 60 adults (35 young adults and 25 older adults) participated in this study. They conducted two different standing tasks (dual vs. Nondual) twice in a random order. Variability, complexity, coupling and symmetric index from the left, right and overall COPs were measured by various parameters in nonlinear, linear and frequency analyses methods. Results demonstrated that older adults had worse performance in postural control with decreased complexity in overall sway movement, and increased coupling between left and right limb COP movement, even though there was no significant difference in symmetric index. These tendencies are generally clearer in nonlinear measures at the dual task condition. Results implied that older adults had compensatory strategy in dual tasking which results in simple and combined postural movement patterns.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

따라서 본 연구는 노인그룹과 청년그룹간의 이중과제 시 인체신호의 가변성, 복잡성, 결합성(coupling), 대칭성 지수 (symmetry index [SI]) 등의 자세제어 주요 변인을 비교함으로서 노화와 이중과제수행에 따른 노인들의 자세제어 전략이 젊은 성인들과 어떠한 차이점을 가지는 지를 다각적으로 규명하고자 하였다. 이를 위해 본 연구에서는 연령과 과제특성에 따라 나이든 성인집단과 젊은 성인집단 간의 압력중심의 가변성, 복잡성, 결합성, 대칭성에는 차이가 있을 것이라는 연구가설을 설정하였다.
본 연구는 60명의 성인들을 대상으로 노화와 이중과업 수행여부가 자세제어에 어떠한 영향을 미치는 지를 밝히는데 목적이 있었다. 이를 위하여 2개의 지면반력기로부터 측정된 좌우 각각의 압력중심과 통합압력중심으로부터 가변성변인, 복합성변인, 결합성변인, 대칭성지수를 산출하였다.

가설 설정

따라서 본 연구는 노인그룹과 청년그룹간의 이중과제 시 인체신호의 가변성, 복잡성, 결합성(coupling), 대칭성 지수 (symmetry index [SI]) 등의 자세제어 주요 변인을 비교함으로서 노화와 이중과제수행에 따른 노인들의 자세제어 전략이 젊은 성인들과 어떠한 차이점을 가지는 지를 다각적으로 규명하고자 하였다. 이를 위해 본 연구에서는 연령과 과제특성에 따라 나이든 성인집단과 젊은 성인집단 간의 압력중심의 가변성, 복잡성, 결합성, 대칭성에는 차이가 있을 것이라는 연구가설을 설정하였다.

제안 방법

보폭은 어깨 넓이 정도의 편안하고도 자연스런 자세를 취하게 하였고, 좌우 하지가 각각의 지면반력기를 디디고 서게 하였다. 과제수행 중 시선은 전방 2m에 눈높이의 고정된 목표점을 응시케 하였고, 단일과제 중에는 피험자는 자연스런 직립자세로 30초를 두 번 서있게 하였다. 이중과제 시에는 피험자로 하여금 첫 번째 시행에서는 100부터 3씩 건너뛰어서 숫자를 세게 하고, 두 번째 시행에서는 7씩 건너뛰어서 숫자를 세게 하는 수정된 스트룹 (stroop) 검사를 실시하였다(Kang & Lipsitz, 2010).
독립변인은 나이와 과제특성, 종속변인은 가변성 변인에 평균속도 MV, RMS, EA, 복잡성변인은 ApEn, 결합성 변인은 XApEn, correlation coefficient, MSC, 좌우 대칭성은 대칭성지수로 수치화하였다. 모든 변인의 계산은 Matlab (R2012a)으로 코딩하여 산출하였으며(Figure 2), 통계적 분석은 이원 반복측정 분산분석(two way repeated measured ANOVA with one between factor [Group], and one within factor [Task])으로 평균차이를, 변인들 간의 상관관계는 Spearman 상관분석으로 .
, 2009). 먼저, 피험자의 통합 압력중심을 이용하여 가변성변인과 복잡성변인, 좌우측 압력중심을 이용하여 결합성 변인, 일관성 (coherence) 변인을 측정하였으며, 피험자의 좌우측 Fz값을 이용하여 대칭성지수를 측정하였다. 측정된 압력중심의 샘플링주파수(sampling frequency)는 100 Hz로 설정하였고, 가변성 변인은 버터워쓰 저역통과필터(Butterworth lowpass filter)방법으로 10 Hz에서 필터링하였다.
본 연구는 60명의 성인들을 대상으로 노화와 이중과업 수행여부가 자세제어에 어떠한 영향을 미치는 지를 밝히는데 목적이 있었다. 이를 위하여 2개의 지면반력기로부터 측정된 좌우 각각의 압력중심과 통합압력중심으로부터 가변성변인, 복합성변인, 결합성변인, 대칭성지수를 산출하였다.
좌우 각각의 지면반력기를 이용하여 수직(Fz), 전후(Fy), 좌우(Fx) 3방향의 힘과 토크값을 측정하였고, 샘플링 주파수는 100 Hz로 설정하였으며, 얻어진 힘과 토크값으로부터 좌우 각각의 압력중심과 통합압력중심을 산출하였다 (Lafond, Corriveau, & Prince, 2004).
피험자들은 30초간 2회에 걸쳐서 정적직립 자세를 유지 하였다. 보폭은 어깨 넓이 정도의 편안하고도 자연스런 자세를 취하게 하였고, 좌우 하지가 각각의 지면반력기를 디디고 서게 하였다.

대상 데이터

하지만 복잡성변인과 결합성변인 XApEn에서는 계산과정에서 필터요소(r)가 쓰여지기 때문에 원자료의 고유특성을 유지하는 차원에서 별도의 필터링을 시도하지 않았다(Pincus, 1991). 결합성변인은 무게중심의 안정화의 개인차에서 오는 측정오차를 줄이기 위하여 각 trial에서 총 30초간의 데이터의 전후 5초간을 잘라낸 20초간 2,000 데이터 점을 분석에 사용하였다. 각 과제는 2회 실시 후 평균값을 사용하였다.
본 연구는 최근 6개월간 신체적 정신적 질환이 없는 성인 60명(젊은 성인그룹 35명[남:12명, 여:23명]과 노인그룹 25명[남:10명, 여:15명]을 대상으로 실시하였다. 피험자들의 신체적 특성은 다음과 같다.
본 연구에서는 두 대의 지면반력기(AMTI, Watertown, MA, US), 증폭기(MSA-6, Watertown, MA, US)와 1대의 PC(Dell, Round Rock, Texas, US)가 데이터수집에 각각 사용되었다.

데이터처리

결합성변인은 무게중심의 안정화의 개인차에서 오는 측정오차를 줄이기 위하여 각 trial에서 총 30초간의 데이터의 전후 5초간을 잘라낸 20초간 2,000 데이터 점을 분석에 사용하였다. 각 과제는 2회 실시 후 평균값을 사용하였다.
독립변인은 나이와 과제특성, 종속변인은 가변성 변인에 평균속도 MV, RMS, EA, 복잡성변인은 ApEn, 결합성 변인은 XApEn, correlation coefficient, MSC, 좌우 대칭성은 대칭성지수로 수치화하였다. 모든 변인의 계산은 Matlab (R2012a)으로 코딩하여 산출하였으며(Figure 2), 통계적 분석은 이원 반복측정 분산분석(two way repeated measured ANOVA with one between factor [Group], and one within factor [Task])으로 평균차이를, 변인들 간의 상관관계는 Spearman 상관분석으로 .05의 유의수준에서 검증하였다. 모든 통계처리는 SPSS 20을 사용하였다.

이론/모형

직립 자세 시 개인 간 좌우 발 정렬 차이로부터의 편차를 줄이기 위해서 압력중심을 Y축에 수평되게 회전시키는 방법을 사용하였다 (Myklebust et al., 2009).
먼저, 피험자의 통합 압력중심을 이용하여 가변성변인과 복잡성변인, 좌우측 압력중심을 이용하여 결합성 변인, 일관성 (coherence) 변인을 측정하였으며, 피험자의 좌우측 Fz값을 이용하여 대칭성지수를 측정하였다. 측정된 압력중심의 샘플링주파수(sampling frequency)는 100 Hz로 설정하였고, 가변성 변인은 버터워쓰 저역통과필터(Butterworth lowpass filter)방법으로 10 Hz에서 필터링하였다. 하지만 복잡성변인과 결합성변인 XApEn에서는 계산과정에서 필터요소(r)가 쓰여지기 때문에 원자료의 고유특성을 유지하는 차원에서 별도의 필터링을 시도하지 않았다(Pincus, 1991).
좌우 각각의 지면반력기를 이용하여 수직(Fz), 전후(Fy), 좌우(Fx) 3방향의 힘과 토크값을 측정하였고, 샘플링 주파수는 100 Hz로 설정하였으며, 얻어진 힘과 토크값으로부터 좌우 각각의 압력중심과 통합압력중심을 산출하였다 (Lafond, Corriveau, & Prince, 2004). 피험자의 발디딤시 양발 정렬의 차이에서 오는 압력중심의 편차를 줄이기 위해서 좌우 각각의 압력중심을 회전시켜 Y축에 정렬시키는 방법을 사용하였다 (Myklebust et al., 2009). 먼저, 피험자의 통합 압력중심을 이용하여 가변성변인과 복잡성변인, 좌우측 압력중심을 이용하여 결합성 변인, 일관성 (coherence) 변인을 측정하였으며, 피험자의 좌우측 Fz값을 이용하여 대칭성지수를 측정하였다.

성능/효과

가변성 변인들과 복잡성 변인들 간에는 주로 약부터 강한 수준까지 역상관 관계(-0.30 ~ -0.87, p<.05)가 있었고, 가변성변인과 결합성변인 중 MSC에서 약중간 수준의 상관관계(0.25~0.46, p<.05)를 보였다.
동시에 본 연구에서의 증가된 좌우 결합성은 이중과업으로부터의 노인의 대응이 전통적인 역진자 모델(Winter, 2005)로 이해되는 자세조절 메커니즘으로는 설명할 수 없는 좌·우 압력 중심변화를 특징으로 함을 명확히 보여준다.
두 그룹 간 가변성변인에서 과제에서의 주 효과와, 그룹과 과제간의 상호작용 효과는 나타나지 않았으나, 노인의 자세제어움직임은 복잡성 변인인 ApEn과 결합성변인인 XApEn, Correlation coefficient, MSC 모두에서 청년들보다 낮은 값을 가지고, 단순하면서도 보다 높은 좌우 결합 성을 나타냈다. 이러한 결과는 Bernard-Demanze, Dumitrescu, Jimeno, Borel과 Lacour (2009)이 노인과 청년에게서 이중과제 수행 시 가변성변인보다 비선형적 방법의 일종인 stabilogram-diffusion 분석법이 이중과제의 종류별 (cognitive test vs.
본 연구에서 노인들의 압력중심에서의 낮아진 XApEn의 값으로 나타나는 증가된 결합성 특성은 주파수 영역 분석법인 MSC 수치에서도 보여지는데 좌·우 방향에서의 높아진 압력중심의 MSC값은 노인 들의 자세제어에서 좌·우의 높아진 결합성 특성을 지지 한다.
가변성변인에 대한 분석결과는 [Table 2]와 같다. 압력 중심의 전후 방향 MV, 좌우 방향 MV, 통합 MV, 전후 방향 RMS, 좌우 방향 RMS, 통합 RMS, 95% EA에서 그룹 간에 주 효과가 있었다(p<0.05). 노인그룹은 MV, RMS, 95% EA에서 과제에 대한 주 효과가 나타나지 않았고, 집단과 과제와의 상호작용 효과도 나타나지 않았다 (p>0.
전후 방향 ApEn와 통합 ApEn에는 각각 집단과 과제에 주 효과가 없었으나(p>.05), 좌우 방향 ApEn에서 주 효과가 나타났다(p.05).
좌후 방향 XApEen, 전후 방향 상관계수, 좌우 방향 상관계수, 통합 상관계수, 좌후 방향 MSC, 통합 MSC에 과제에 주 효과가 나타났으며(p<.05), 통합 MSC에서 상호작용 효과가 나타났다(p<.05).
흥미롭게도, 본 연구에서 노인들의 좌우 체중분포의 비대칭성이 두드러지지 않았음에도 불구하고, 복잡성변인 중 좌우 방향 ApEn값에서 노인이 청년보다 더 낮은 수치를 보였다는 것은 두 계층 간의 자세제어 전략에서의 차이가 단순히 체중분포의 차이에 기인하지 않는다는 사실을 보여준다. 이중과제에 반응하는 두 그룹간의 자세제어전략의 차이로서 노인층이 압력중심의 움직임에서 보다 보수적이고 단순한 특성을 보인다고 할 수 있다(Newell, 1998).

후속연구

3333px;"> 3) 본 연구는 피험자의 외부 외력이 작용하지 않는 정적자세제어에 한정되었다. 보행상황에서의 동적자세제어나 외력의 영향을 고려한 후속 연구들이 다양한 상황에서의 자세제어의 이해를 위해 추가로 이루어져야 할 것이다.
본 연구는 노화와 관련된 기능저하가 자세제어연구와 낙상위험과 관련된 측정변인들 간의 관계성을 이해함으로써 추후 운동이나 재활을 통한 자세제어기능 향상도를 평가하거나 낙상방지를 위한 운동재활 프로그램을 설계하는데 도움이 될 것으로 기대된다.
또한 일상의 생활이 끊임없는 상황에 대한 인식의 과정으로 여겨지기 때문에 중추자원들이 경쟁하는 상황의 재현을 아이디어로 하는 이중과제 패러다임은, 실생활에서와 비슷한 자세제어기전을 보다 명확히 이해하는데 중요한 단초를 제공할 수 있다. 이중과제 수행시, 좌우 압력중심이 어떻게 결합하고 있으며, 전체 압력 중심 움직임과 어떠한 상관관계를 가지는지에 대한 해답은 낙상의 위험도와 관련하여 연령에 따른 정적자세제어 전략이 어떻게 달라지는지에 대한 명확한 이해를 가능케 할 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	인간의 자세제어란 무엇인가요?	인간의 자세제어(postural control)는 여러 감각 (시각, 전정, 체성 감각)신경과 근육활동이 동시에 작용하는 복합적인 기전이며(Horak & Macpherson, 1996), 자세 제어의 주된 연구방법 중 하나는 지면반력기를 통해 인체의 압력 중심(center of pressure [COP])의 변화를 측정하는 것이다 (Stergiou & Decker, 2011; Winter, 2005). 측정된 압력중심은 지면에 작용하는 수직힘의 결과로 생기는 인체질량 중심의 작용점으로, 자세균형에 대한 인체시스템의 근신경적 반응을 나타낸다(Winter, 2005).
	연령과 이중과제 수행이 자세제어에 미치는 영향 연구의 한계점은 무엇인가요?	이중과업으로부터의 양 연령 그룹에서 드러나는 압력중심의 좌 우 협응 체계의 차이는 인체의 자세제어가 역진자 모델로 이해되는 전통적인 자세조절 기제로는 설명하기 어려운 한계가 있음을 명확히 보여준다.
	자세 제어의 주된 연구방법 중 하나는 무엇인가요?	인간의 자세제어(postural control)는 여러 감각 (시각, 전정, 체성 감각)신경과 근육활동이 동시에 작용하는 복합적인 기전이며(Horak & Macpherson, 1996), 자세 제어의 주된 연구방법 중 하나는 지면반력기를 통해 인체의 압력 중심(center of pressure [COP])의 변화를 측정하는 것이다 (Stergiou & Decker, 2011; Winter, 2005). 측정된 압력중심은 지면에 작용하는 수직힘의 결과로 생기는 인체질량 중심의 작용점으로, 자세균형에 대한 인체시스템의 근신경적 반응을 나타낸다(Winter, 2005).

참고문헌 (27)

Anker, L. C., Weerdesteyn, V., van Nes, I. J., Nienhuis, B., Straatman, H., & Geurts, A. C. (2008). The relation between postural stability and weight distribution in healthy subjects. Gait & posture, 27(3), 471-477.

상세보기
Blaszczyk, J. W., Prince, F., Raiche, M., & Hbert, R. (2000). Effect of ageing and vision on limb load asymmetry during quiet stance. Journal of Biomechanics, 33(10), 1243-1248.

상세보기
Bernard-Demanze, L., Dumitrescu, M., Jimeno, P., Borel, L., & Lacour, M. (2009). Age-related changes in posture control are differentially affected by postural and cognitive task complexity. Current aging science, 2(2), 139.

상세보기
Damos, D. L. (1991). Multiple Task Performance: Taylor & Francis.
Goldberger, A. L., Amaral, L. A. N., Hausdorff, J. M., Ivanov, P. C., Peng, C.-K., & Stanley, H. E. (2002). Fractal dynamics in physiology: Alterations with disease and aging. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 99(Suppl 1), 2466-2472.

상세보기
Harbourne, R. T., & Stergiou, N. (2009). Movement Variability and the Use of Nonlinear Tools: Principles to Guide Physical Therapist Practice. Physical Therapy, 89(3), 267-282.

상세보기
Horak, F. B., & Macpherson, J. M. (1996). Postural orientation and equilibrium. Comprehensive Physiology.
Horak, F. B., Shupert, C. L., & Mirka, A. (1989). Components of postural dyscontrol in the elderly: A review. Neurobiology of Aging, 10(6), 727-738.

상세보기
Huxhold, O., Li, S.-C., Schmiedek, F., & Lindenberger, U. (2006). Dual-tasking postural control: aging and the effects of cognitive demand in conjunction with focus of attention. Brain research bulletin, 69(3), 294-305.

상세보기
Kang, H. G., & Lipsitz, L. A. (2010). Stiffness control of balance during quiet standing and dual task in older adults: The MOBILIZE Boston study. Journal of Neurophysiology, 104(6), 3510-3517.

상세보기
Kapoula, Z., Matheron, E., Demule, E., Fauvel, C., & Bucci, M.-P. (2011). Postural control during the Stroop Test in dyslexic and non dyslexic teenagers. PloS one, 6(4), e19272.

상세보기
Kreuzer, M., Hentschke, H., Antkowiak, B., Schwarz, C., Kochs, E., & Schneider, G. (2010). Cross-approximate entropy of cortical local field potentials quantifies effects of anesthesia-a pilot study in rats. BMC neuroscience, 11(1), 122.

상세보기
Lacour, M., Bernard-Demanze, L., & Dumitrescu, M. (2008). Posture control, aging, and attention resources: Models and posture-analysis methods. Neurophysiologie Clinique/Clinical Neurophysiology, 38(6), 411-421.

상세보기
Lafond, D., Corriveau, H., & Prince, F. (2004). Postural control mechanisms during quiet standing in patients with diabetic sensory neuropathy. Diabetes Care, 27(1), 173-178.

상세보기
Lipsitz, L. A., & Goldberger, A. L. (1992). Loss of 'complexity' and aging: Potential applications of fractals and chaos theory to senescence. Journal of the American Medical Association, 267(13), 1806-1809.

상세보기
Manor, B., Costa, M. D., Hu, K., Newton, E., Starobinets, O., Kang, H. G., Peng C.-K., Novak, V., & Lipsitz, L. A. (2010). Physiological complexity and system adaptability: Evidence from postural control dynamics of older adults. Journal of Applied Physiology, 109(6), 1786-1791.

상세보기
Marigold, D. S., & Eng, J. J. (2006). The relationship of asymmetric weight-bearing with postural sway and visual reliance in stroke. Gait & Posture, 23(2), 249-255.

상세보기
Maki, B. E., Whitelaw, R. S., & McIlroy, W. E. (1993). Does frontalplane asymmetry in compensatory postural responses represent preparation for stepping? Neuroscience Letters, 149(1), 87-90.

상세보기
Myklebust, J. B., Lovett, E. G., Myklebust, B. M., Reynolds, N., Milkowski, L., & Prieto, T. E. (2009). Two-dimensional coherence for measurement of asymmetry in postural steadiness. Gait & Posture, 29(1), 1-5.

상세보기
Newell, K. M. (1998). Degrees of freedom and the development of postural center of pressure profiles. Applications of nonlinear dynamics to developmental process modeling, 63-84.
Pincus, S. M. (1991). Approximate entropy as a measure of system complexity. Proceedings of the National Academy of Sciences, 88(6), 2297-2301.

상세보기
Pincus, S. M., Mulligan, T., Iranmanesh, A., Gheorghiu, S., Godschalk, M., & Veldhuis, J. D. (1996). Older males secrete luteinizing hormone and testosterone more irregularly, and jointly more asynchronously, than younger males. Proceedings of the National Academy of Sciences, 93(24), 14100-14105.

상세보기
Piirtola, M., & Era, P. (2006). Force platform measurements as predictors of falls among older people - A review. Gerontology, 52(1), 1-16.

상세보기
Prado, J. M., Stoffregen, T. A., & Duarte, M. (2007). Postural sway during dual tasks in young and elderly adults. Gerontology, 53(5), 274-281.

상세보기
Prieto, T., Myklebust, J., Hoffmann, R., Lovett, E., & Myklebust, B. (1996). Measures of postural steadiness: differences between healthy young and elderly adults. IEEE Trans Biomed Eng, 43, 956-966.

상세보기
Stergiou, N., & Decker, L. M. (2011). Human movement variability, nonlinear dynamics, and pathology: Is there a connection? Human Movement Science, 30(5), 869-888.

상세보기
Winter, D. A. (2005). Biomechanics and motor control of human movement. Hoboken, N.J.: Wiley.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증